Diseño de un experimento científico: ejemplo de los experimentos de Avery y Griffith

Lista de verificación para el diseño experimental

¿Alguna vez has querido diseñar tu propia casa? ¿Cómo harías eso? Probablemente pensaría en cosas interesantes que hacer con la arquitectura, ¿verdad, como escaleras de caracol o patios en la azotea? Pero, no importa qué tipo de casa quisieras, tendrías que seguir ciertas reglas. Tu casa necesitaría techo, paredes, puertas y ventanas. Debería tener en cuenta los conductos de aire que componen sus sistemas de calefacción y aire acondicionado. También necesitaría instalar las líneas de suministro eléctrico y de plomería.

Así como los constructores tienen reglas para diseñar sus casas, los científicos tienen criterios para diseñar sus experimentos. Cuando un científico planea realizar un experimento, debe asegurarse de que cumpla con ciertos requisitos. Si no lo hace, entonces el trabajo no será valorado por la comunidad científica. En esta lección, discutiremos las reglas que los científicos deben seguir y veremos cómo se desarrollaron estas reglas en los famosos experimentos de Oswald Avery y Griffith.

Comencemos hablando de las reglas que los científicos deben seguir al diseñar sus experimentos. En primer lugar, se debe diseñar un experimento para responder a la pregunta que el científico está tratando de resolver. Debe haber un propósito definido para ejecutar el experimento, algo concreto que el científico quiera determinar.

Un experimento científico debe utilizar datos objetivos.

A continuación, el experimento debe proporcionar resultados objetivos . Tiene que haber datos recopilados del experimento que se midan de alguna manera objetiva. Un científico no puede decir cosas como «esta sustancia química se veía de color púrpura rojizo» o «ese ratón creció mucho más rápido que el otro». Un científico tiene que usar números y unidades para describir sus hallazgos, y su experimento debe facilitar la recopilación de esos datos.

Finalmente, los experimentos deben controlar múltiples variables . Es decir, si más de una variable está afectando el experimento, entonces solo una variable debería afectarlo a la vez. Los científicos se aseguran de que esto suceda incorporando un control en el experimento. Un control es un medio de garantizar que solo se esté probando un factor a la vez. Esos son los principales requisitos que debe tener en cuenta un científico. Ahora, descubramos cómo se diseñaron los experimentos de Avery y Griffith para seguir las reglas.

Introducción al experimento Griffith

Frederick Griffith

Griffith trabajó con dos cepas de neumococo: una que tenía una capa protectora de azúcar y otra que no. La que tenía la capa de azúcar se llamaba bacteria S porque se veía suave bajo el microscopio. El que no tenía el pelaje se llamaba bacteria R porque la falta de recubrimiento lo hacía parecer áspero. Los ratones siempre morían cuando se les inyectaba la bacteria S porque el sistema inmunológico del ratón no podía penetrar la capa de azúcar. Pero los ratones inyectados con la bacteria R no murieron. Sobrevivieron porque su sistema inmunológico podía acabar con las bacterias R desprotegidas.

Griffith sabía que una infección de la bacteria S mataría a un ratón. Pero, si primero mató la bacteria S calentándola y luego inyectando las partes de las células bacterianas muertas, el ratón sobrevivió. Por lo tanto, había dos formas en que un ratón podía sobrevivir a la inyección: si tenía bacterias S muertas o si tenía bacterias R vivas.

Sin embargo, Griffith también descubrió que si mezclaba células R vivas con células S muertas y luego inyectaba al ratón con la mezcla, ¡el ratón moriría! Cuando Griffith examinó la sangre del ratón muerto, encontró bacterias S vivas en su interior. Sabía que esto era importante porque no se había inyectado ninguna bacteria S viva.

De alguna manera, la bacteria R se había convertido en bacteria S y provocó una infección letal en el ratón. Griffith no sabía lo que había sucedido, pero llegó a la conclusión de que algún tipo de principio transformador era responsable del cambio en la bacteria R.

Los ratones sobrevivieron cuando se les inyectó bacterias S muertas o R vivas, pero murieron cuando se les inyectó ambas.

Diseñando la contribución de Avery

Ahora era el momento de que Oswald Avery subiera al escenario. Hizo su misión continuar el trabajo de Griffith e identificar cuál era ese principio transformador. Avery y sus colegas se propusieron diseñar un experimento que respondiera a la pregunta sobre el principio transformador. Avery sabía que primero tendrían que identificar todos los posibles factores que podrían ser responsables de la transformación de la bacteria. Entonces, tendrían que demostrar que uno, y solo uno, de esos factores estaba transformando.

La lista de candidatos de Avery incluía la capa de azúcar en las células S, las proteínas bacterianas y los ácidos nucleicos bacterianos (incluido el ARN y el ADN). Recuerde, los científicos no sabían en este momento que el ADN era la molécula genética. Para Avery, era solo una de las muchas posibilidades. También tuvo que considerar otra posibilidad: el sistema inmunológico y la sangre del propio ratón. Armado con esta lista de candidatos, Avery ahora podría continuar diseñando su experimento para identificar el principio transformador.

Ya que iba a tener que probar tantos factores diferentes, Avery tenía que asegurarse de poder separar cada factor del resto. En otras palabras, tuvo que controlar múltiples variables. Avery tenía que poder probar cada factor para ver si era el principio transformador sin incluir ninguno de los otros factores. Entonces, esto es lo que hizo.

Primero, separó el ratón de todos los demás factores. Quería ver si podía transformarse si las células R vivas y las células S muertas se mezclaban en un tubo de ensayo, no dentro del ratón. Avery quería mezclar células R vivas con todas las sustancias dentro de las células S muertas. Mató con calor las células S como en el experimento de Griffith. Pero, para exponer el interior de las células S muertas, tuvo que lisar o romper las membranas celulares con detergente.

El lisado resultante, que era una solución de todas las partes celulares mezcladas, se mezcló luego con las células R vivas. La mezcla produjo células S vivas, lo que demuestra que el principio transformador era algo en el lisado, no algo en el ratón.

Cuando se mezclaron células R vivas y lisado de células S muertas, resultaron células S vivas.

A continuación, Avery probó si la capa de azúcar era el principio transformador. Usó una enzima para destruir la capa de azúcar dentro del lisado y descubrió que la mezcla resultante aún podía transformar las bacterias. Esto le dijo que las bacterias R vivas no solo estaban haciendo su propia capa de azúcar a partir de las piezas de las células S muertas, sino que estaban siendo transformadas por otra cosa.

Luego, Avery tomó el mismo lisado y usó enzimas de digestión de proteínas para comerse todas las moléculas de proteína que flotaban allí. Verá, en ese entonces muchos científicos pensaban que las proteínas eran la fuente de información genética. Pero, incluso cuando se habían destruido todas las proteínas, el lisado todavía era capaz de transformación bacteriana. Entonces, el principio transformador no fue la capa de azúcar o las proteínas. Tenía que ser una de las otras cosas que quedaban en ese lisado.

Avery y sus colegas pudieron aislar los ácidos nucleicos en el lisado precipitándolos con alcohol. Mezclaron el precipitado con agua y probaron su capacidad de transformación mezclando las células R vivas. Efectivamente, los ácidos nucleicos contenían el principio transformador. Pero, Avery sabía que esta mezcla contenía ambos tipos de ácidos nucleicos: ADN y ARN.

Para descartar el ARN, lo destruyó con una enzima ribonucleasa. La solución aún tenía el principio transformador. En este punto, Avery estaba bastante seguro de que el ADN era el culpable porque el ADN era prácticamente lo único que quedaba. Pero, para asegurarse, Avery destruyó el ADN con la enzima desoxirribonucleasa. ¡La mezcla resultante no pudo transformar bacterias R vivas en bacterias S! Entonces, finalmente, Avery estaba seguro de que el ADN era el principio transformador.

Resultados del trabajo de Avery

Podemos ver que Oswald Avery respondió con éxito la pregunta y controló múltiples variables en su experimento. Pero, ¿qué hay de proporcionar resultados objetivos? ¿Cómo sabía Avery con certeza si se estaba produciendo una transformación en cada pequeño paso? Todo lo que les he dicho hasta ahora es si las mezclas eran capaces de transformarse. Pero, ¿cómo lo supo Avery? ¿Cuáles fueron sus resultados objetivos?

Al observar las bacterias dentro de los tubos de ensayo, Avery pudo ver si la bacteria R se había convertido en bacteria S. No tuvo que medir cuántas de cada cepa de bacterias había. Simplemente tenía que indicar si vio o no la cepa S en vivo. Los resultados objetivos de Avery fueron una serie de respuestas «sí» o «no» a la pregunta: «¿Se produjo la transformación en ausencia de este factor?»

Avery obtuvo resultados objetivos para el experimento en forma de respuestas de sí o no.

Avery y sus colegas realmente pusieron sus cerebros a prueba al diseñar este famoso experimento. No solo tenían que seguir los criterios para un buen diseño experimental, también tenían que usar lo que sabían sobre el cultivo de bacterias, la separación de sustancias y la destrucción de moléculas con enzimas específicas. Al final, el trabajo de Frederick Griffith y Oswald Avery ayudó a hacer avanzar la ciencia al demostrar que el ADN era la fuente de información genética.

Resumen de la lección

Todos los científicos deben seguir ciertos criterios al diseñar sus experimentos. Un buen experimento científico responde a una pregunta, proporciona resultados objetivos y controla múltiples variables. Podemos mirar los experimentos de Griffith y Avery para ver cómo los científicos cumplen con estos criterios. El trabajo de Frederick Griffith condujo al descubrimiento de un principio transformador que podría cambiar las bacterias de una cepa a otra.

Oswald Avery se propuso identificar cuál era ese principio transformador. Diseñó un experimento que probaría todos los factores posibles. Avery controló con éxito múltiples variables en su experimento al eliminar todas las posibilidades adicionales y solo probando una a la vez. Su trabajo proporcionó resultados objetivos en forma de datos de ‘sí o no’ sobre si cada factor podría transformar las bacterias o no. Finalmente, el trabajo de Avery respondió a la pregunta demostrando que el ADN era el principio transformador. Juntos, Avery y Griffith allanaron el camino para que más científicos estudiaran las propiedades genéticas del ADN.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador